雙外圈雙列角接觸球軸承配研方法的改進

焦葉凡，張旭，張全，白志宇，劉燕娜

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039； 3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039；4.中國空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000； 5.北京航天動力研究所，北京 100076)

雙列角接觸球軸承可承受雙向軸向載荷，使用時通過施加雙向軸向載荷的方法使球與內(nèi)、外圈溝道之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形，從而達到增加軸承剛度，提高軸承旋轉(zhuǎn)精度，降低軸承振動，延長軸承壽命的目的。

由于結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便及工藝性好的特點，雙列角接觸球軸承應(yīng)用于航天、航空領(lǐng)域的某些特殊場合，為充分保證其使用性能，需通過計算每套軸承的修研量控制軸承的預(yù)緊力。

1 雙列角接觸球軸承配研過程中存在的問題

某雙外圈雙列角接觸球軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙外圈雙列角接觸球軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of double row angular contact ball bearing with double outer ring

由于使用工況的限制，雙外圈雙列角接觸球軸承通常采用薄壁結(jié)構(gòu)，端面較窄，配研過程中易出現(xiàn)凸出量測量不準確的情況，導(dǎo)致修研效率低下。

雙外圈雙列角接觸球軸承采用預(yù)緊設(shè)計，在軸向載荷下進行兩半外圈的組配，使其間隙量達到相應(yīng)的設(shè)計要求和標準，在組配過程中，需要預(yù)先確定組配端面的修磨量。

根據(jù)雙外圈雙列角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)可知，修研量s為

s=δ1+δ2+H1+H2-H，

式中：s為修研量；δ1，δ2為凸出量測量值；H1，H2分別為兩半外圈的實際寬度；H為內(nèi)圈的實際寬度。

凸出量的測量原理如圖2所示。為使軸承達到設(shè)計要求的預(yù)緊力，常規(guī)的方法為測量雙列軸承兩端的凸出量，通過計算得到修研量。2次凸出量測量采用工藝球和工藝保持架，操作工需要先裝好一列軸承，完成凸出量1的測量，然后拆掉第1列鋼球、保持架和外圈，裝入第2列鋼球、保持架和外圈進行凸出量2的測量。

圖2 載荷P下單列軸承凸出量測量示意圖Fig.2 Measuring diagram of protruding amount of single row bearing under load P

由于軸承套圈端面較窄(小于1 mm)，凸出量儀器測頭與軸承端面接觸時易偏到倒角上，造成測量誤差。軸承兩端凸出量測量完畢后還需要利用高度儀和高度標準件測量2個外圈和1個內(nèi)圈的寬度，整個修研量計算過程費時費力，效率低下。

修研量計算涉及的5個參數(shù)在測量過程中均會產(chǎn)生誤差，由此計算出的修研量也存在著較大誤差，最終導(dǎo)致修研后軸承的合格率較低。

2 凸出量與軸向游隙的關(guān)系

根據(jù)設(shè)計要求，修研后軸承在施加軸向預(yù)緊力后的軸向游隙應(yīng)為正值，因此可采用預(yù)配軸向游隙的方法進行修研。

由軸承結(jié)構(gòu)與凸出量的測量方式可知

Ga=H-(h1+h2)，

h1=H-(H1+δ1)，

h2=H-(H2+δ2)，

式中：Ga為軸向游隙；h1，h2為兩半外圈斜坡端面距內(nèi)圈端面的距離。

則軸承軸向游隙的計算值為

Ga=H1+H2+δ1+δ2-H。

當軸向游隙計算值大于產(chǎn)品要求的軸向游隙時，兩者的差值即為兩內(nèi)圈接觸端面的修研量[3]。

3 軸向游隙與修研量的關(guān)系

摩擦力是保證軸承正常、可靠工作的關(guān)鍵因素，徑向摩擦力矩是最終判定軸承預(yù)緊力合格與否的唯一標準，因此，可以通過大量測量徑向力矩合格的軸承得到該型軸承的軸向游隙范圍。

以某46XX型雙外圈雙列角接觸球軸承為例，在設(shè)計要求的軸向載荷作用下測量50套該型號成品軸承的軸向游隙，測量結(jié)果見表1，軸向游隙最小為9 μm，最大為22 μm。根據(jù)經(jīng)驗，取中間數(shù)值15～18 μm可完全保證軸承產(chǎn)品要求的軸向游隙及啟動摩擦力矩。

表1 某46XX型雙列角接觸球軸承的軸向游隙Tab.1 Axial clearance of 46XX double row angular contact ball bearing μm

軸向游隙配研法的基本原理如下：

若軸向游隙測量值大于產(chǎn)品要求值時，兩者的差值即外圈接觸端面的修研量。

若軸向游隙測量值在設(shè)計要求的軸向游隙范圍內(nèi)時，則不需要修研，即修研量為0。

若軸向游隙測量值小于設(shè)計要求值甚至軸向游隙為0時，有2種極端情況：1)兩外圈接觸且相互抵觸，說明2列鋼球距離最遠且位于靠近軸承兩端面一側(cè)溝道的極端位置，此時修研量非常大，一般該情況可通過控制內(nèi)、外圈溝位置和外圈高度來避免。2)兩外圈之間沒有接觸，軸向游隙測量值為0時，外圈受到向外圈斜坡面的軸向力，2列鋼球位于最近的極端位置，軸承徑向力矩較大，外圈已經(jīng)沒有修研的余地，該套軸承可判定為不合格品。

4 實際生產(chǎn)驗證

某46XX型雙外圈雙列角接觸球軸承要求的啟動摩擦力矩范圍為8～15 g·cm，抽取某批次40套該軸承分為2組，每組20套，分別采用凸出量配研法(第1組)和軸向游隙測量法(第2組)進行配研并測量其啟動摩擦力矩，結(jié)果見表2。由表2可知：第1組軸承的啟動摩擦力矩值散差較大，力矩值在設(shè)計要求范圍內(nèi)的軸承僅有10套，合格率僅為50%，而第2組中共有16套軸承的摩擦力矩符合設(shè)計要求，合格率為80%。

表2 46XX型雙列角接觸球軸承徑向啟動摩擦力矩測量結(jié)果Tab.2 Measuring results of radial starting friction torque of 46XX double row angular contact ball bearing

5 結(jié)束語

通過對雙外圈雙列角接觸球軸承配研方法的分析，解決了傳統(tǒng)配研過程因軸承凸出量測量誤差大而造成配研效率低的問題，最后結(jié)合實際生產(chǎn)予以驗證，證明了改進后的配研方法具有明顯的優(yōu)勢，可以大幅提升產(chǎn)品合格率，同時還可以為其他結(jié)構(gòu)相似的雙列軸承配研方案提供依據(jù)。